高原環(huán)境影響治療監(jiān)測藥物代謝的研究進展

高子昭，王 榮，趙安鵬 （1.寧夏醫(yī)科大學藥學院，寧夏 銀川 730000；.中國人民解放軍聯(lián)勤保障部隊第九四〇醫(yī)院全軍高原醫(yī)學實驗室，甘肅 蘭州 730050）

近年來隨著醫(yī)藥行業(yè)的快速發(fā)展，治療藥物監(jiān)測愈益成為臨床藥物治療工作的一項重要內(nèi)容，也是個體化用藥指導的重要手段之一。治療藥物監(jiān)測[1]（therapeutic drug monitoring，TDM），其目的是通過測定血液中或其他體液中藥物的濃度并利用藥動學的原理相應調(diào)整藥物劑量，使給藥方案個體化，以提高藥物的療效，避免或減少毒副反應；同時也為藥物過量中毒的診斷和處理提供實驗室依據(jù)，簡而言之就是對藥物濃度的評估[2]。藥物治療窗(therapeutic drug window)指藥物產(chǎn)生最小治療效應與機體能耐受的最小中毒反應間的血藥濃度范圍，是TDM 的臨床用藥依據(jù)。目前臨床上開展TDM 的藥物涉及多種類、多監(jiān)測方法，但TDM 的治療窗和血樣卻沒有很好的分析、歸納及總結。前期課題組研究表明[3-4]，高原環(huán)境對藥物代謝酶、轉運體的活性及蛋白表達均有一定的影響，導致高原環(huán)境下藥動學參數(shù)發(fā)生變化，而藥動學參數(shù)是指導臨床合理用藥的重要理論依據(jù)，直接關系到給藥的劑量及給藥時間，那么高原低氧環(huán)境對臨床常用監(jiān)測藥物的代謝是否會產(chǎn)生影響?本文將對臨床上常用的治療監(jiān)測藥物種類、治療窗、以及檢測血樣進行歸納和總結，分析高原環(huán)境下對臨床常用監(jiān)測藥物代謝的影響，一方面有利于指導臨床合理用藥、毒性反應評估、引導個體化用藥；另一方面，為本課題組進一步研究高原環(huán)境下開展TDM 提供理論指導。

1 TDM 藥物種類及治療窗

隨著TDM 研究的不斷深入，王菁等人[5]歸納了臨床上遴選TDM 遵循的八條原則。即行TDM 的藥物具有自身治療指數(shù)低、治療窗窄、毒性較大、非線性藥動學特征和個體差異較大，以及聯(lián)合用藥時會發(fā)生相互作用，導致血藥濃度變化等特點。目前，需TDM 的藥物種類主要包括免疫抑制劑，如他克莫司(FK506)、環(huán)孢霉素(CsA)；抗菌藥，如萬古霉素、替考拉寧；平喘藥，如氨茶堿；抗癲癇藥，如丙戊酸(VPA)、卡馬西平(CBZ)、苯巴比妥；心血管系統(tǒng)藥物，如地高辛；抗心律失常藥物，如普魯卡因胺、利多卡因、奎尼丁；抗腫瘤藥，如甲氨蝶呤(MTX)；抗抑郁藥，如丙咪嗪、阿米替林、碳酸鋰，等等。由于這些藥物個體差異大，容易在同等劑量出現(xiàn)毒副反應或達不到相應的療效，因此，臨床上需要做TDM。使監(jiān)測藥物的血藥濃度控制在治療窗內(nèi)，是保證患者安全、有效的用藥關鍵。以下將臨床上常用TDM 藥物的治療窗及血樣進行分類(表1)。

表 1 臨床常用治療監(jiān)測藥物的治療窗

并非所有的藥物都需要做血藥濃度監(jiān)測，一些有顯著效果指標的藥物，如降壓藥(如硝苯地平、厄貝沙坦、卡托普利等)，其臨床的治療效果可以直接通過測定患者血壓數(shù)值來反映降壓的程度，進而根據(jù)血壓數(shù)值調(diào)整用藥的劑量；新型廣譜唑類藥物艾沙康唑(isavuconazole)目前也不需要TDM[6]。對于上述治療窗寬、安全范圍廣的藥物進行血藥濃度監(jiān)測和藥代動力學參數(shù)的研究并沒有多少實際意義。

進行監(jiān)測的藥物血樣[7]主要有全血、血漿及血清等，監(jiān)測血樣的確定主要根據(jù)藥物與血漿蛋白、紅細胞結合率，以及游離狀態(tài)來決定，以便更好的評價血藥濃度，指導臨床個體用藥劑量。當藥物主要與血液中紅細胞結合時，監(jiān)測的血樣一般選擇全血；藥物與血漿蛋白結合率高時，主要以游離態(tài)來發(fā)揮作用時，選擇血清為監(jiān)測的血樣結果會更加準確。例如，免疫抑制劑他克莫司、環(huán)孢霉素，監(jiān)測的血樣為全血，因為多數(shù)他克莫司與血液中紅細胞結合，少數(shù)與血漿中的脂蛋白結合[8-9]；環(huán)孢霉素也在血漿中與血漿蛋白和紅細胞的結合率高[10]。由于他克莫司、環(huán)孢霉素與紅細胞有較高的結合率，因此，必須以全血為血樣，以保證監(jiān)測的濃度結果更加可靠、準確、穩(wěn)定，但在測定全血時干擾物質(zhì)較多，全血處理也要有嚴格的要求[雅培公司所產(chǎn)的全自動免疫分析儀(型號：AR i1000SR)在測定血樣前需加入全血沉淀試劑]；而抗癲癇藥丙戊酸的監(jiān)測血樣為血清，因為丙戊酸80%～90%處于與血漿蛋白結合狀態(tài)，主要以游離態(tài)發(fā)揮作用[11]，因此，丙戊酸以血清來評價血藥濃度。研究表明[12]，在血清中加入適量的高豐度蛋白質(zhì)去除試劑乙腈，不僅能夠有效沉淀蛋白，減少對血藥濃度的影響，還能減弱加入內(nèi)標提取液引起的乳化現(xiàn)象，使臨床監(jiān)測更加簡便、經(jīng)濟。

2 高原環(huán)境對TDM 藥物代謝的影響

高原環(huán)境具有低氧、低溫、低氣壓、高輻射等基本特點，其中低氧是影響藥物代謝的主要因素，低氧環(huán)境中藥物蛋白結合率、器官血流量、代謝酶及轉運體的表達及功能均會發(fā)生變化[13-14]。而這些變化會導致高原環(huán)境下藥動學參數(shù)的改變，而藥動學參數(shù)是指導臨床合理用藥的重要理論依據(jù)，直接關系到給藥的劑量及間隔。TDM 藥物的代謝與血漿蛋白結合率、局部器官的血流量、代謝酶及轉運體有直接的關系，也就是說高原環(huán)境的特殊性對TDM 代謝也會有很大的影響，這些因素影響會使TDM 藥物的血藥濃度發(fā)生改變，進而導致藥動學參數(shù)發(fā)生變化，使高原人群的用藥劑量存在風險。因此探究高原環(huán)境下TDM 代謝發(fā)生的變化，對保證高原人群安全、合理、有效的用藥具有重大意義。

2.1 高原環(huán)境對TDM 血漿蛋白結合率的影響

藥物與血漿蛋白結合率是影響藥物在體內(nèi)分布的重要因素，蛋白結合率高的藥物在體內(nèi)消除慢，作用維持時間長。藥物進入循環(huán)后首先與血漿蛋白成為結合型藥物，未被結合的藥物稱為游離型藥物，兩種類型的藥物處于動態(tài)的平衡狀態(tài)，僅游離型藥物才能轉運到作用部位產(chǎn)生藥理效應。藥物的血漿蛋白結合率會嚴重影響機體對藥物的分布、排泄和代謝，從而影響藥物作用強度和持續(xù)時間，加大了不良反應的發(fā)生率。高原環(huán)境對不同藥物的血漿蛋白結合率具有不同的影響。如呋塞米、美托洛爾的蛋白結合率無顯著性差異；而醋甲唑胺、普萘洛爾蛋白結合率顯著性增高[15]。

臨床上常用的監(jiān)測藥物種類多，不同藥物在高原環(huán)境中血漿蛋白結合率不同，導致藥物臨床藥效不同。課題組前期研究表明[16]，監(jiān)測藥物氨茶堿平原組與高原組Wistar 大鼠血漿蛋白結合率分別為37.05%和74.17%，急進高原組的血漿蛋白結合率比平原組顯著高37.12%，具有較高的血漿蛋白結合率，導致藥物的濃度增大，體內(nèi)駐留時間縮短，若按照平原給藥的標準很有可能發(fā)生不良反應。高原環(huán)境對TDM 藥物的血漿蛋白結合率的影響會使體內(nèi)藥物濃度發(fā)生改變，進而導致TDM 藥動學參數(shù)的變化。

2.2 高原環(huán)境對局部器官血流量的影響

人體臟器的血流量分布以肝最多，腎、腦、脾、心次之。肝是代謝藥物的主要場所，進入高原機體對器官的血流增多，紅細胞對血管的黏附也增強[17]，血液黏稠度會增高，腎血流量減少，尿量減少，導致藥物在體內(nèi)的蓄積；脾是重要的免疫器官，其血流量顯著增加到6.70±1.84(P＜0.01)[18]，使脾臟過負荷，導致脾腫大生理功能下降。

高原環(huán)境對器官血流量的影響，導致TDM 藥物的排泄發(fā)生變化。如地高辛在體內(nèi)消除主要是以原型藥經(jīng)腎小球濾過或腎小管分泌排泄，尿中排出量為用量的50%～70%，僅約10%左右在肝代謝，另有7%左右處于腸肝循環(huán)。因此，高原環(huán)境中，地高辛經(jīng)尿液的排出量減少，造成其在體內(nèi)造成大量的蓄積，毒副作用也隨之產(chǎn)生，即主要經(jīng)腎排泄的TDM 藥物(VPA、苯巴比妥)，在高原低氧的狀態(tài)下應對可能產(chǎn)生的毒副反應進行監(jiān)測，防止不良反應的發(fā)生。高原環(huán)境對器官血流量產(chǎn)生的影響，導致TDM 藥物的排泄發(fā)生改變。

2.3 高原環(huán)境對TDM 代謝酶的影響

大多數(shù)藥物代謝主要在肝臟中進行，肝細胞中的藥物代謝酶會參與藥物的代謝，肝臟微粒體酶系(細胞色素P450 酶系)是促進藥物轉化的主要酶系統(tǒng)。CYP450 酶系是一個基因超家族，臨床中90%以上經(jīng)肝臟代謝的藥物是經(jīng)過CYP450 酶系亞酶代謝的，已有大量研究表明高原低氧導致酶的活性或表達降低，影響機體對大部分藥物的生物轉化率及清除率，減緩藥物在體內(nèi)的代謝，可能增加藥物的毒副作用。

治療監(jiān)測藥物的代謝也需要代謝酶的參與。如免疫抑制劑、環(huán)孢霉素主要通過CYP3A4 和CYP3A5 代 謝[19-20]；氨茶 堿 通 過CYP1A2 代 謝[21]；抗癲癇藥丙戊酸的代謝過程受到尿苷二磷酸葡萄糖醛酸基轉移酶(UGT 酶)和細胞色素酶(CYP)影響[22]；苯巴比妥在肝臟中主要被CYP2C9 代謝，而CYP2C19 和CYP2E1 代謝較少[23]。課題組前期研究表明[3-4,24-25]，在高原低氧環(huán)境中，上述藥物的代謝亞酶CYP3A4、CYP3A5、CYP1A2、CYP2C9 及UGT 的mRNA 與蛋白表達均下降，導致酶活性降低，這會使體內(nèi)TDM 藥物的代謝減慢，半衰期延長，甚至使體內(nèi)的藥物濃度過大，造成藥物及其代謝物在體內(nèi)的大量蓄積，直接關系到患者用藥的劑量及間隔。因此，高原環(huán)境對不同代謝酶的影響，TDM 藥物的代謝參數(shù)也將發(fā)生變化。

2.4 高原環(huán)境對TDM 轉運體的影響

藥物轉運體是轉運藥物透過細胞膜進入體內(nèi)和產(chǎn)生藥效的關鍵因素，其廣泛分布在小腸絨毛上皮細胞、腎小管上皮細胞、肝細胞，其在藥物代謝的各個環(huán)節(jié)中發(fā)揮著重要的作用。同一個轉運體可在多個正常器官和組織中表達，而同一個組織和器官也可表達多個轉運體。藥物轉運體分兩類：ABC 族轉運蛋白和SLC 族載體轉運蛋白。P-糖蛋白(P-gp)是人體重要的ABC 族外運蛋白，其存在于肝、腎、小腸、胎盤屏障和血腦屏障等組織器官中，其主要功能是將藥物攝取或外排出細胞，從而影響體內(nèi)代謝的各個過程。Rohwer 等[26]總結了不同腫瘤細胞中P-gp 的變化，發(fā)現(xiàn)低氧誘導因子使轉運體蛋白高表達，從而影響化療藥物的療效。本課題組[4,27-28]研究了高原實地低氧環(huán)境中大鼠體內(nèi)轉運體的變化情況，高原低氧組小腸組織中P-gp mRNA 與蛋白的相對表達水平分別下調(diào)50.80%和71.30%(P＜0.05)，高原低氧會導致小腸中P-gp的表達下調(diào)，使其底物的外排減少，增加其底物在腸道的吸收；肝臟中P-gp mRNA 與蛋白的相對表達量分別上調(diào)了1.15 倍和1.33 倍；腎臟中分別上調(diào)了49.0%和1.83 倍；高原組(海拔4 010 m)與平原組比，大鼠血腦屏障（BBB）組織中P-gp mRNA與蛋白相對表達量分別顯著上調(diào)了2.18 倍和2.58倍(P＜0.05)，隨著表達量的升高，介導藥物的外排增多，進入腦內(nèi)的藥量減少，療效減弱。這些研究表明高原低氧條件下各組織中P-gp 表達量均會發(fā)生明顯的變化，影響藥物在體內(nèi)各組織的轉運，代謝發(fā)生變化。

臨床常用TDM：他克莫司、環(huán)孢霉素、卡馬西平、丙戊酸都是P-gp 的底物藥物[29]，也會受到高原環(huán)境的影響，導致藥物在不同組織中發(fā)生不同的變化。如，抗癲癇藥丙戊酸、苯巴比妥、卡馬西平需要通過血腦屏障來發(fā)揮作用，高原環(huán)境會使這類藥物進入腦內(nèi)的藥量減少、導致藥效大大減弱。如果沿用平原的給藥標準那么很有可能無法達到預期療效。因此，必要研究TDM 藥物在高原低氧環(huán)境下的代謝變化，保證高原人群用藥安全性和有效性。

2.5 高原環(huán)境中TDM 藥代參數(shù)的改變

高原環(huán)境對器官血流量及藥物血漿蛋白結合率、代謝酶、轉運體的活性及蛋白表達均有一定的影響，這些將導致高原環(huán)境下藥動學參數(shù)發(fā)生變化，而藥動學參數(shù)是臨床用藥劑量及間隔的重要依據(jù)。如大鼠灌胃給予氨茶堿劑量為3.6 mg/200 g，高原組氨茶堿體內(nèi)消除減慢、Tmax顯著減小(高原組0.44±0.191；平原組0.887±0.196)，藥物半衰期和滯留時間延長(高原組2.944±0.694；平原組2.365±0.448)，Cmax增大到1.22 倍，AUC 增到1.35 倍[20]。這些表明氨茶堿在高原低氧環(huán)境中生物利用度升高，那么人體中其用藥劑量應適當?shù)慕档?，防止體內(nèi)濃度過高。若明確高原環(huán)境下TDM 藥物的藥代參數(shù)，用藥的劑量也會有所明確，以確保TDM 藥物的療效。

3 總結與展望

高原低氧環(huán)境中不僅使器官的血流量發(fā)生改變，而且嚴重影響TDM 血漿蛋白結合率、代謝酶和藥物轉運體，使監(jiān)測血藥濃度值存在誤差；藥動學參數(shù)也會發(fā)生改變，而藥代參數(shù)的改變會導致TDM 劑量受到影響。目前，TDM 的監(jiān)測及代謝研究多在低海拔地區(qū)進行，而高原低氧環(huán)境下TDM的代謝鮮有文獻報道。高原人群TDM 的用藥劑量及間隔是否可以沿用平原用藥標準?因此，高原環(huán)境下TDM 藥物代謝是一個亟待解決的問題，更是臨床有效性和安全性用藥的重要前提。解決這問題將為高原臨床治療監(jiān)測藥物提供參考，在保證高原人群合理用藥、減少毒副反應發(fā)生、提高生活質(zhì)量等方面具有重大意義。